Dysfonctionnement du GPS pour la guerre de navigation
Dans le rapport sur la guerre de navigation dans le service des troupes 12/2017, le vice-lieutenant Herbert Kröll explique les dangers possibles d'une défaillance partielle ou totale du signal GPS et ses effets sur les applications militaires et civiles.
L'exigence d'une détermination de position, d'une navigation et d'un réglage de l'heure suffisamment précis est une condition préalable essentielle à l'utilisation de la plupart des systèmes d'armes. Cela ne peut être garanti que par un système de navigation fonctionnel. La cible de la guerre de navigation est l'interférence des informations satellitaires de position, de navigation et de temps par un ennemi.
Les systèmes de navigation ou GNSS (Global Navigation Satellite System) couvrent aujourd'hui le globe entier. Ils servent à déterminer la position et à naviguer sur terre, en mer et dans les airs en recevant les signaux des satellites de navigation et des pseudolites (émetteurs terrestres, tels que les satellites, qui émettent des signaux).
Initialement conçus comme un système militaire pour des systèmes d'armes, des navires de guerre ou des avions de combat pour un positionnement global, ils sont maintenant devenus utiles pour tout le monde. Le premier satellite a été lancé en 1978 et n'a été officiellement mis en service qu'en 1995. En attendant, le «GLONASS» russe, le «COMPASS» chinois ou l'IRNSS couvrant uniquement l'Inde sont également en service. L'Europe construit son propre système sous le nom de «Galileo» depuis des années. Voir aussi le livret TD 2/2017 (n ° 356).
Le terme GPS comprend uniquement le système américain "NAVSTAR-GPS" (système de navigation utilisant le chronométrage et la télémétrie - Global Positioning System). Ce système couvrant le monde est le plus connu et est également utilisé par les militaires en Europe. Le système GPS est donc bien plus important pour la guerre de navigation que le Galileo européen.
Fonctionnalité
POUR UNE DÉTERMINATION PRÉCISE DE LA POSITION GPS, PLUSIEURS SIGNAUX SATELLITES SONT NÉCESSAIRES.
Avec le GPS, la localisation de l'antenne de réception sur Terre est déterminée en mesurant la distance à plusieurs satellites en orbite autour de 20 000 kilomètres autour de la Terre. Un seul satellite n'est pas suffisant pour déterminer la position; d'autres mesures de distance avec d'autres satellites sont nécessaires. Seul le rayonnement sphérique de trois signaux satellites entraîne une intersection qui permet de déterminer un emplacement exact.
Cependant, le signal du satellite se propage différemment dans le vide de l'espace qu'après être entré dans l'atmosphère terrestre. Le temps de retard du signal doit donc également être pris en compte, sinon il en résulterait des erreurs de mesure de plusieurs mètres. Pour permettre une mesure de distance, l'heure du système GPS au moment de l'émission est encodée dans le signal du satellite. Étant donné que l'horloge du récepteur n'est initialement pas exactement synchronisée avec l'heure GPS, cette différence est utilisée comme une inconnue supplémentaire lors de la détermination de l'emplacement. Pour déterminer les trois coordonnées de localisation initialement inconnues et une constante de temps, la distance à un quatrième satellite est nécessaire. Cela signifie que l'emplacement exact sur la surface de la Terre peut être calculé en calculant trois équations locales et une équation du temps.
Navigation par satellite GPS
Les systèmes de navigation par satellite se composent essentiellement des segments de pièce, d'étage et d'utilisateurs. Dans le cas du GPS, le segment spatial se compose de 24 satellites actifs et de sept satellites de réserve, qui tournent autour de la Terre sur six orbites, chacune avec quatre satellites, à une altitude d'environ 20 200 kilomètres. Pour l'usage civil, la fréquence L1 est transmise à 1 575,42 MHz, pour l'usage militaire la fréquence chiffrable L2 est utilisée à 1 227,60 MHz. La désignation L indique la bande L de 1 000 à 2 000 MHz. Les données de navigation et le code standard (code C / A) sont envoyés sur la fréquence civile, et le code de précision crypté et non publiquement connu (code P) est envoyé sur la fréquence militaire.
Chacun de ces deux signaux est constitué de l'onde porteuse, du code et des données de navigation, chaque satellite du signal informant le récepteur de ses données orbitales et de l'heure à laquelle le signal a été émis. Afin de distinguer de quel satellite le signal provient, une méthode de modulation spéciale est utilisée pour le signal GPS, qui permet la transmission simultanée de plusieurs flux de données dans une plage de fréquences. Cela signifie que chaque satellite peut être distingué par sa séquence de codes.
Les récepteurs GPS modernes peuvent déterminer la distance au satellite avec une précision de 2,93 m en utilisant le code standard. Le code P / Y crypté avec un débit de puce dix fois plus élevé est utilisé à des fins exclusivement militaires. Cela permet une précision d'environ 30 cm lors de la mesure de la distance au satellite. Depuis le 2 mai 2000, la falsification artificielle de l'heure transmise par le satellite (S / A, Selective Availability), qui a entraîné une détermination de position inexacte pour les récepteurs GPS civils, a été désactivée jusqu'à nouvel ordre. Les normes de positionnement actuelles comprennent le service de positionnement standard (SPS) à usage civil et le service de positionnement précis (PPS) à usage militaire. Navigation Warfare augmentera encore la norme de sécurité.
En raison de l'alimentation électrique limitée, la puissance d'émission des satellites GPS est similaire à celle des satellites de télévision et est d'environ 50 watts. La grande largeur de bande du récepteur pour les deux fréquences et la direction inconnue de l'émetteur provoquent une composante de bruit élevée, de sorte que les signaux recherchés sont perdus dans le bruit. Le signal doit donc être multiplié par la propre séquence de code du récepteur pour le faire ressortir à nouveau du bruit. De plus, des interférences dues à la propagation par trajets multiples des signaux de détour réfléchis de la zone environnante peuvent se produire. Un emplacement d'installation approprié de l'antenne et un blindage peuvent cependant réduire cela.
Brouilleur GPS
Avec un brouilleur, le signal GPS peut généralement être bloqué ou bloqué avec succès. Le signal GPS pour la navigation ne touchant que très faiblement la terre, seul un signal d'interférence faible est nécessaire pour perturber les systèmes de navigation au sol. Même un petit brouilleur GPS peut interférer avec le signal dans un rayon de dix mètres. Vous pouvez trouver suffisamment de plans pour cela sur Internet. Cela signifie que la localisation des véhicules équipés d'un récepteur GPS n'est plus possible et que le système de navigation n'est plus fonctionnel.
Ce qui peut être remédié en regardant simplement une carte dans le cas de la navigation pure peut avoir des conséquences importantes dans le cas de systèmes militaires qui dépendent d'informations précises sur la position, la navigation et l'heure. En conséquence, les systèmes de communication ne pourraient plus échanger des données entre eux dans le cadre d'une opération centrée sur le réseau. Les systèmes d'armes qui obtiennent leurs données à partir de nombreux capteurs et s'appuient sur les informations temporelles du signal GPS ne seraient plus utilisables.
Guerre de navigation
Empêcher votre adversaire d'utiliser le GPS ou au moins restreindre son accès aux données GPS fait désormais partie d'une guerre réussie. En fin de compte, cela peut réduire considérablement l'effet d'arme de l'ennemi. La guerre de navigation peut être menée de différentes manières et soit par perturbation (suppression) soit par tromperie (imitation) d'un signal satellite. Les conséquences possibles sont l'automutilation, les dommages collatéraux et les problèmes de leadership. Étant donné que le signal GPS ou le signal d'autres systèmes de navigation peuvent être utilisés par tout le monde dans une zone opérationnelle, le risque personnel dans Navigation Warfare doit toujours être pris en compte. À l'avenir, les chemins de fer et les véhicules légers sur rail seront contrôlés par la navigation par satellite, ce qui sauverait les systèmes de signalisation le long de l'itinéraire. Ces sections de l'itinéraire sont déjà en test. Les voitures pourraient également se passer de conducteur à l'avenir. La guerre de navigation aurait donc également un impact sur l'utilisation des systèmes de navigation dans les espaces publics et pour tous.
Possibilités de guerre de navigation
Interférence (bruit / brouillage)
Le contenu de navigation ne peut plus être filtré en envoyant un signal d'interférence sur la fréquence porteuse GPS, car il n'y a pas ou seulement une mauvaise réception.
Tromperie (usurpation d'identité, répétition, mesure)
Ici, un signal disponible est modifié, diffusé avec un délai ou nouvellement généré. Le but est de tromper les systèmes de l'adversaire, qui dépendent des informations de position, de navigation et de temps.
Usurpation d'identité
L'usurpation d'identité est une manipulation ciblée de données. Les signaux existants peuvent être falsifiés ou des signaux incorrects peuvent être générés afin de transmettre des informations trompeuses de position, de navigation et de temps à l'adversaire. Soit un signal satellite contenant de fausses informations est modifié artificiellement, soit des signaux corrects sont techniquement redirigés. Le récepteur GPS reçoit ce signal sous forme de message réel et traite les informations incorrectes, ce qui entraîne des informations de position ou d'heure incorrectes. Les systèmes d'armes sont limités dans leur efficacité ou les avions et les navires sont éloignés du cap prévu.
Répéter
Ici, un signal satellite original est enregistré et décalé dans le temps et / ou retransmis avec une puissance plus élevée. Cela entraîne également des informations de position ou de temps incorrectes.
Meaconing
La mesure est l'induire en erreur délibérément d'un utilisateur par un signal satellite généré artificiellement avec des informations incorrectes. Cependant, les bénéfices sont compensés par une dépense technique très élevée. Pour que l'utilisateur soit dérangé, un tracker de cible et un simulateur de signal GPS sont nécessaires pour générer le pseudo signal. Le plus grand défi est la réplication parfaite du signal en temps réel, car les codes militaires ne sont généralement pas connus. Par conséquent, les récepteurs GPS civils dont les codes sont connus sont plus à risque.
Mesures de protection contre la guerre de navigation
LES VOITURES DE L'AVENIR PEUVENT TOUJOURS ÊTRE PLUS FORTES DÉPENDANT DES SYSTÈMES DE NAVIGATION. CELA PROPOSE DES RISQUES DE SÉCURITÉ
Comme pour la guerre électronique, des mesures de protection doivent également être prises lors de la navigation. Tous les utilisateurs militaires de systèmes de réception qui reposent sur des informations de position, de navigation et d'heure par satellite devraient être davantage sensibilisés aux risques liés aux récepteurs GPS civils ou aux récepteurs GPS militaires non chiffrés. Essentiellement, ces mesures de protection reposent sur l'utilisation de récepteurs GPS militaires avec une clé cryptographique actuelle et sur l'utilisation d'une technologie d'antenne spéciale.
Code militaire
Le code militaire (code M) est un futur signal GPS militaire. Il a été développé comme protection contre le «brouillage» pour assurer un accès militaire sécurisé au GPS. Afin de pouvoir recevoir la fréquence émise de 5 115 MHz, des récepteurs séparés sont nécessaires. Le code militaire est émis par le satellite dans la zone opérationnelle respective. Cela augmente la force du signal de 20 dB, ce qui signifie que le signal atteint la surface terrestre environ 100 fois plus qu'auparavant. Afin d'obtenir un effet d'interférence suffisant, des brouilleurs beaucoup plus puissants et donc plus gros devraient être construits.
Technologie d'antenne
Les antennes qui ont une caractéristique appropriée pour supprimer les signaux d'interférence peuvent rendre les signaux d'interférence inefficaces. Ils amortissent les signaux qui viennent «d'en bas» ou qui ont une petite élévation. L'installation de soi-disant "choke rings" est techniquement moins exigeante. Des anneaux métalliques de forme spéciale sont attachés autour de l'antenne de réception GPS. Les signaux inférieurs à un angle horizontal déterminé par la conception sont supprimés ou au moins atténués. Une protection supplémentaire est fournie par des antennes multi-éléments (protection CRPA, Antenne à motif de réception contrôlée), qui se composent de plusieurs antennes GPS et d'une unité d'évaluation électronique. Grâce à la pondération électronique des schémas de réception des antennes individuelles, un signal d'interférence peut être reconnu et un zéro peut être formé dans la direction de l'émetteur d'interférence. Les signaux d'interférence provenant de cette direction sont supprimés. La suppression multiple est également possible avec cette technique.
En raison de leur poids, de leur espace et de leurs besoins en énergie, et notamment en raison de leur prix élevé, les antennes multi-éléments ne peuvent être utilisées que sur de grandes plates-formes. La protection par CRPA n'est actuellement pas adaptée à une utilisation dans un récepteur portable.
Une future mesure de protection pourrait être "l'orientation du faisceau, formant des antennes". Ces antennes de réception forment des «lobes» qui ne suivent que les satellites utilisés. Les signaux provenant d'autres directions ne sont ni reçus ni supprimés. Cette technologie est actuellement testée, mais n'est pas encore prête pour la production en série. La meilleure mesure de protection, mais aussi la plus coûteuse, est actuellement la technologie multicapteur (MTS). Un système de navigation central utilise non seulement des informations de position, d'heure et de navigation générées par satellite, mais reçoit également des données de navigation supplémentaires provenant d'autres systèmes indépendants. Les signaux d'entrée indépendants sont en outre "renforcés" par le "filtrage de Kalman", ce qui augmente considérablement la résistance aux interférences. Pour le moment, cette technologie n'est disponible que pour les grands systèmes d'armes tels que les navires, les avions, les véhicules, etc.
Perspective
Un F-18 (à gauche) accompagne le drone X-45 sans pilote. UTILISE LE X-45 GPS POUR LA NAVIGATION.
Le GPS et les autres systèmes de position, de navigation et de temps utilisés dans le monde entier à des fins militaires et / ou civiles continueront à être déterminés par des tâches militaires à l'avenir. L'inconvénient antérieur de l'utilisation civile était que seule la fréquence de la porteuse L1 était disponible pour cela. En raison de la modernisation, la fréquence porteuse L2 est désormais également disponible pour un usage civil afin d'éliminer les erreurs de distance dues aux influences ionosphériques. Une troisième fréquence supplémentaire avec la porteuse L5 doit également être créée.
Les exigences militaires plus élevées entraînent une augmentation des signaux en nombre et en contenu de l'information sans pour autant désavantager la fonction publique. Le code P / Y précédemment envoyé exclusivement à des fins militaires restera pendant un certain temps. Avec l'introduction du nouveau M-Code militaire, des récepteurs GPS perfectionnés sont utilisés. Cela augmente la protection contre les interférences du GPS et la sécurité dans l'utilisation militaire des signaux GPS, car le signal du code M militaire est éloigné des autres codes. L'interférence avec le code civil n'a donc aucune influence sur le signal du code M militaire.
La navigation est très importante dans le monde, tant civile que militaire. Le GPS et les systèmes équivalents sont un composant peu coûteux disponible dans le monde entier. Les récepteurs civils en particulier sont plus facilement dérangés et aussi plus facilement induits en erreur. Des simulateurs sont disponibles sur le marché pour tous. Par conséquent, la guerre de navigation devient de plus en plus importante. Les soldats qui utilisent les informations de position, de navigation et de temps doivent donc être spécialement formés. Cela signifie également que la bonne vieille carte peut encore être lue afin de rester opérationnelle en cas de panne du système ou de tromperie.
Le vice-lieutenant Herbert Kröll est le principal enseignant de la guerre électronique et du système de simulation FASAN à l'école de soutien au leadership.
